20 июня 2022

Новый тип квантового логического элемента позволит создать квантовые компьютеры, не допускающие ошибок

Квантовые технологии, лежащие в основе работы квантовых компьютеров, весьма восприимчивы к различным помехам, шумам и другим неблагоприятным факторам окружающей среды. Именно поэтому практически во всех существующих квантовых компьютерах присутствуют механизмы детектирования и коррекции ошибок, не допускающие неконтролируемого распространения ошибок по системе.

Поскольку фундаментальные законы квантовой механики не позволяют выполнять прямое копирование квантовой информации, требующаяся для коррекции избыточность может быть достигнута путем распределения квантовой информации по запутанному состоянию нескольких физических систем, к примеру, нескольких атомов.

Озвученную выше идею в полной мере удалось реализовать группе ученых-физиков из Германии. Более того, они использовали несколько атомов, разделенных на два кубита, которые были связаны друг с другом сложной сеткой квантовой запутанности, что превратило эти два кубита в универсальный логический элемент, способный не только хранить квантовую информацию, но и выполнять практически любые операции квантовой обработки информации и автоматически корректировать возникающие ошибки.

Логический элемент представляет собой 16 атомов, заключенных в заданных местах ионной ловушки. Квантовая информация хранится и обрабатывается в двух логических кубитах, в состав каждого из которых входит по семь атомов. Помимо достаточно распространенных и простых функций, таких, как CNOT, созданный логический элемент способен работать в качестве Т-элемента, который с большими трудностями реализуется при помощи отказоустойчивых квантовых битов.

"Теперь в нашем распоряжении появился универсальный логический элемент, при помощи которого мы будем в состоянии запрограммировать любые квантовые алгоритмы" - рассказывает Лукаш Постлер, ученый-физик из университета Инсбрука, - "Более того, специально закодированная структура логических кубитов позволяет хранить квантовую информацию без ошибок и она же автоматически выполняет коррекцию ошибок, возникающих при вычислениях".

А в будущем исследователи собираются адаптировать и использовать разработанные ими технологии на квантовых компьютерах с большим количеством кубитов, на которых уже будет можно решать реальные практические задачи. Более того, ученые планируют разработать нечто подобное для других типов и архитектуры квантовых компьютеров, отличных от компьютеров на базе ионных ловушек.